Określenie składu gatunkowego Puszczy Białowieskiej z wykorzystaniem danych hiperspektralnych

Transkrypt

1 Instytut Badawczy Leśnictwa Określenie składu gatunkowego Puszczy Białowieskiej z wykorzystaniem danych hiperspektralnych Aneta Modzelewska 1, Krzysztof Stereńczak 1, Małgorzata Białczak 1, Żaneta Piasecka 1, Miłosz Mielcarek 1, Fabian Fassnacht 2 1 Zakład Zarządzania Zasobami Leśnymi, Instytut Badawczy Leśnictwa, 2 Karlsruher Institut für Technologie I Konferencja Naukowa pt.: Aktualny stan Puszczy Białowieskiej na podstawie wstępnych wyników projektu Life+ ForBioSensing, Białowieża r.

2 Wprowadzenie Gatunki panujące w wydzieleniach w lasach Puszczy Białowieskiej: świerk, sosna, olsza, dąb, brzoza, grab, jesion, osika, lipa, klon wierzba.

3 Wprowadzenie Puszcza Białowieska jest obszarem cennym przyrodniczo. Występują tu miejsca chronione. Dodatkowo, na obszarach o ograniczonym dostępie lub niedostępnych utrudniona jest inwentaryzacja terenowa. Zasadne jest wykorzystanie teledetekcji.

4 Cel Określenie aktualnego składu gatunkowego Puszczy Białowieskiej i dynamiki jego zmian w latach Ocena, ile gatunków drzew można automatycznie odróżnić. Ocena możliwości wykorzystania obrazów hiperspektralnych do automatycznej detekcji gatunków drzew. Ocena, czy zastosowanie zestawu obrazów pozyskanych w różnych porach roku (różnych momentach w cyklu rozwojowym drzew) podnosi możliwość klasyfikacji gatunków drzew.

5 3 serie czasowe obrazów hiperspektralnych

6 Informacja spektralna w pikselu krzywa

7 Informacja spektralna w pikselu krzywa

8 Krzywe odbicia spektralnego

9 Krzywe odbicia spektralnego

10 Detekcja gatunków

11 Wymiar spektralny obrazu

12 Wymiar spektralny obrazu

13 Proces klasyfikacji przygotowanie obrazu Wymiary przestrzeni spektralnej Kilkaset zakresów spektralnych Utrudnione przetwarzanie Wysokie wymagania sprzętowe Konieczność redukcji przestrzeni spektralnej selekcja lub transformacja danych

14 Transformacja Minimum Noise Fraction (MNF) Informacja Szum

15 Schemat metodyki klasyfikacji Wskaźnik roślinności mndvi 705 Obrazy hiperspektralne (lipiec 2015 r.) Wysokościowy Model Koron Maskowanie obszarów nie pokrytych przez roślinność Dane terenowe z powierzchni monitoringowych Leśna Mapa Numeryczna Transformacja MNF i wybór zakresów MNF o wysokiej informacyjności Wybór pikseli treningowych i weryfikacyjnych Klasyfikacja za pomocą algorytmu SVM

16 Proces klasyfikacji przygotowanie instrumentu finansowego Unii Europejskiej LIFE + oraz ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW), nr umowy: LIFE13 ENV/PL/000048; nr umowy NFOŚiGW: 485/2014/WN10/OPmaska Z obrazów zostały usunięte (wymaskowane) obszary nie pokryte przez roślinność, obszary roślinności nieleśnej oraz drzewa martwe.

17 Proces klasyfikacji przygotowanie Lokalizacje drzew z powierzchni monitoringowych Dane pomocnicze: rastry o rozdzielczości przestrzennej 0,5 m, Wysokościowy Model Koron Fotointerpretacja wybór pikseli treningowych i weryfikacyjnych W analogiczny sposób dobierano piksele treningowe na podstawie wydzieleń z udziałem gatunku panującego od 70 do 100%

18 Proces klasyfikacji

19 Wyniki klasyfikacji Średnia dokładność całkowita: 73%

20 Wyniki 25% Powierzchnia [%] zajmowana przez drzewa wybranych gatunków w stosunku do sumarycznej powierzchni wydzieleń leśnych w PB 23% 20% 19% 20% % pokrywanej powierzchni 15% 10% 9% 12% 17% 5% 0% brzoza dąb sosna inne olsza świerk

21 Wnioski i kolejne etapy prac 1. Obrazy hiperspektralne umożliwiły wykonanie klasyfikacji 5 najliczniej występujących w Puszczy Białowieskiej gatunków drzew. 2. Osiągnięto średnią dokładność całkowitą klasyfikacji 73%. 3. Kolejne etapy prac będą obejmowały: wyróżnienie klas zawierających inne gatunki drzew, klasyfikację danych pozyskanych w kolejnych terminach (sierpniu i październiku 2015 r.), optymalizację wykorzystywanej metodyki.

22 Kolejne etapy prac Klasyfikacja: informacja powierzchniowa Segmenty reprezentujące poszczególne drzewa Informacja o zasobności

23 Dziękuję za uwagę instrumentu finansowego Unii Europejskiej LIFE + oraz ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOŚiGW), nr umowy: LIFE13 ENV/PL/000048; nr umowy NFOŚiGW :485/2014/WN10/OP-NM-LF/D